I: Đông đặc ngoại sinh; II-V: Đông đặc hỗn hợp; V Đông đặc tự sinh
b, Cùng tinh c, Sau cùng tinh
Hình 1.14: Tổ chứctrạng thái rắn của gang trắng crôm[ 18]
a, trước cùng tinh
Kiểu loại, hình thái, tổng lượng cácbit cùng tinh ảnh hưởng quan trọng đến cơ tính, khả năng chống mài mòn, đặc biệt đến độ dai của vật liệu. Cácbit cùng tinh được phân loại bởi tổng hàm lượng cácbon. Khi w(Cr) = 7%, w(C)＞2% hoặc w(Cr) = 10%, w(C)＞3% thì loại cácbit cùng tinh thu được là M7C3 và M3C, còn với gang có thành phần w(Cr) =10%, 15%, 20% và w(C)＜3% , toàn bộ các bít cùng tinh là M7C3.
Khi gang có thành phần w(Mo) ≥1% có cácbit cùng tinh Mo2C. Các tác giả [50], [51] khi nghiên cứu hình thái và cấu trúc cácbit cùng tinh M7C3 nhận thấy rằng cácbit cùng tinh M7C3và cácbit sơ cấp có hành vi phát triển khác nhau. Trong điều kiện nguội chậm, cùng tinh M7C3 có khuyết tật song tinh, dễ dàng phân nhánh và phát triển theo dạng tấm. Khi nguội nhanh M7C3 phát triển thành dạng hình sợi với sắp xếp bất thường và ở mặt cắt ngang cho thấy cấu trúc là các bloc bao gồm nhiều hạt. Hình 1.17 là đường phân tích nhiệt DTA của gang crôm cao trước và sau cùng tinh [50]. Theo nghiên cứu, gang crôm cao sau cùng tinh có tốc độ phát triển cácbit cùng tinh M7C3 lớn hơn tốc độ phát triển cácbit M7C3 sơ cấp. Hình dạng của
Hình 1.16: Các loại cácbit cùng tinh trong gang crôm cao [18]
H àm lư ợng cá cbit (% ) Hàm lượng Cacbon (% ) H àm lư ợng cá cbit (% )
Hình 1.15: Ảnh hưởng của C và Cr đến thể tích cácbit cùng tinh [18]
cácbit cùng tinh liên quan chặt chẽ với thành phần hóa học của hợp kim. Do các thành phần hóa học khác nhau, các hình dạng cácbit đạt được có thể là: hình que, tấm, san hô hoặc cầu.
Ohide T. cùng các cộng sự [44] khi nghiên cứu sự kết tinh của gang trắng crôm cao đều nhận thấy rằng cácbit M7C3 dạng hình que nhỏ mịn hơn dạng hình tấm. Cácbit cùng tinh trong gang crôm cao sau cùng tinh có dạng hình tấm mỏng và phát triển xung quanh các cácbit sơ cấp. Các cácbit cùng tinh trong gang trước cùng tinh tồn tại trong khu vực giữa các tinh thể nhánh cây austenite sơ cấp và kết tinh cuối cùng. Các cácbit tạo thành phân bố rời rạc và hầu như đều có dạng hình que hoặc hình tấm mỏng.
Laird [37] cho rằng trong gang trắng có thể tồn tại cả hai hình thái cácbit (que, tấm). Sự khác biệt chỉ là tỷ lệ giữa hai loại cácbit đó mà thôi . Durman [24] đã làm thí nghiệm tăng hàm lượng cácbon từ 0,78% đến 3,4%, đầu tiên cácbit cùng tinh phân bố rất mảnh giữa biên giới hạt austenit cùng tinh, sau đó cácbit cùng tinh này tạo thành mạng lưới không liên tục và tiếp theo, phát triển thành mạng lưới xung quanh các nhánh cây. Kết thúc quá trình, tạo ra vùng tổ chức cùng tinh, trong đó các cacbit phát triển tán ra từ trung tâm. Khi đó cácbit cùng tinh có dạng hình que với mặt cắt ngang là hình lục giác.
Matsubara Y và các cộng sự của mình [40] trong một nghiên cứu về sự kết tinh cùng tinh của hệ gang trắng có thành phần crôm là 10% cho rằng gang trắng trước cùng tinh, cùng tinh, sau cùng tinh đều tồn tại hai loại cácbit là M3C và M7C3, có dạng hình tấm mỏng và hình que. Khi làm lạnh nhanh thì cácbit M3C xuất hiện nhiều hơn. Khi hàm lượng Cr > 10%, tất cả cácbit là M7C3 và khi hàm lượng Cr > 20% , tổng lượng cácbit dạng tấm mỏng từ từ giảm đi, tới khi hàm lượng Cr tăng đến 30 đến 40% thì hầu như cácbit chỉ có hình que. Ảnh hưởng của hàm lượng Cr đến sự không đồng nhất của những hạt cácbit cùng tinh được trình bày trong hình 1.18. Với thành phần Cr khoảng 30% các hạt cácbit cùng tinh là đồng nhất và nhỏ mịn nhất.
Mirjana FILIPOVIC [27] khi nghiên cứu sự thay đổi hình thái cũng như thể tích của cùng tinh M7C3 gang trắng crôm cao được hợp kim hóa bằng vanadi nhận định rằng, cùng với sự tăng lên của hàm lượng vanadi thì tổ chức cùng tinh trở nên nhỏ mịn hơn, austenit cũng mịn hơn và phân chia chất lỏng giữa các nhánh cây thành những khu vực nhỏ mịn hơn, do đó thu hẹp không gian phát triển của các cácbit. Hơn nữa pha liên kim C-V có thể trở thành tâm mầm từ đó thúc đẩy quá trình làm nhỏ mịn hạt của vanadi.